вечность заканчивается завтра
#климат #солнце #циклы_миланковича #армагеддец
Солнце - наша самая ближайшая звезда. кажется, что Солнце было и будет всегда. но это не так - у Солнца было начало и будет конец. Солнце подарило жизнь Земле, но когда-нибудь Солнце её заберет.
Солнце практически единственный источник энергии на Земле. практически все современные энергоносители такие как нефть и уголь не смогли бы сформироваться без Солнца.
Солнце также отвечает за процессы в атмосфере и круговорот воды - т.е. энергетика, которую мы сейчас называем альтернативной, за небольшим исключением, использует энергию Солнца. даже если мы вспомним про ядерную энергетику так это в принципе тоже... если рассматривать Солнце как звезду, то ядра тяжелых металлов тоже были образованны в недрах звезд т.е. просто в «чужом» Солнце. про нуклеосинтез я немного писал. т.е. тяжелые металлы это тоже подарок звезды, скорей всего посмертный.
даже если говорить про перспективный источник энергии, которым считают управляемый термоядерный синтез эта такая попытка зажечь Солнце на Земле. конечно на Солнце идут другие реакции, которые едва ли удастся воспроизвести на Земле. по этому реакция которую осуществляют на Земле немного другая. как правило это реакция дейтерий + тритий в результате которой образуются ядро гелия и высокоэнергетический нейтрон. сейчас довольно модно говорить о «безнейтронных» реакциях, так как порождаемый термоядерным синтезом нейтронный поток уносит значительную часть мощности и порождает наведенную радиоактивность в конструкции реактора.
в прочем не все так радужно. о термояде говорят с середины прошлого века, каждый раз говоря, что вот еще буквально пара десятков лет. но ITER даже не способен генерировать электроэнергию, а эксперименты с плазмой все откладываются и откладываются. с таким раскладом промышленных термоядерных установок в этом веке ждать не следует.
т.е. я наверное тоже «термоядерный скептик», хоть и живо интересуюсь темой. ближайшие будущие видимо за реакторами-размножителями. к тому времени как и они потеряют актуальность не известно что будет. кто его знает - может будут продаваться в хозмагах компактные сингулярные энергетические установки на несколько десятков киловатт. поставил такую в дом и забыл о её существовании на века.
но вернемся к нашему Солнцу.
как появилось наше Солнце и из чего оно «сделано». тут ни каких не неожиданностей Солнце - звезда и появилась она из облака межзвездного газа. постепенно облако сжимается и образуется протозвезда. постепенно протозвезда все более уплотняется, на неё падает все больше и больше вещества и в конце концов давление в ядре звезды возрастает настолько, что могут осуществлятся термоядерные реакции. и новоиспеченная звезда становится звездой главной последовательности.
т.е. Солнце состоит из газа, в основном водорода, а в его ядре идут термоядерные реакции. даже скажем более конкретно: реакции превращения водорода в гелий. еще можно сказать, что звезду сделала гравитация, так старательно игнорируемая стандартной моделью.
какая же дальнейшая судьба нашей звезды. здесь тоже особых неожиданностей нет. судьба звезды во многом определятся начальной массой и химическим составом. в зависимости от массы звезда может прожить разное время от примерно от сотен тысяч лет для самых крупных объектов до десятка миллиардов лет для маломассивных. т.е. чем звезда больше, тем интенсивнее идут термоядерные реакции и тем быстрее она «выгорает»
сейчас Солнцу примерно 4.5 миллиарда лет. его жизнь как звезды главной последовательности оценивается как 10 миллиардов лет. т.е. Солнце сейчас в самом рассвете сил. но примерно через 5.5 миллиардов лет Солнце станет красным гигантом.
в этой стадии просуществует около миллиарда лет, потом сбросит внешние слои и превратится в белый карлик. обычно все испытывают такое облегчение, что Солнце не станет « черной дырой» но я вас уверяю: к тому времени на это всем будет глубоко пофиг.
т.е. еще больше 5 миллиардов лет Солнце будет сохранять жизнь на Земле? это не совсем так. Солнце постепенно разогревается. дело в том, что по мере выгорания водорода ядро Солнца продолжает сжиматься. и термоядерные реакции текут интенсивнее.
считается, что через миллиард лет Солнце будет «ярче» процентов на 10. т.е. 5 миллиардов лет это очень щедро. думаю в запасе есть около 2 миллиардов лет. а дальше видимо начнутся достаточно тоскливые изменения климата и жизнь на Земле столкнется с некоторыми сложностями.
в обратную сторону это тоже работает. т.е молодое солнце, по современным представлениям, тоже светило то не очень. процентов на 30 слабее. при этом геологические исследования показывают, что в эту эпоху на Земле был влажный и тёплый климат. эту проблему принято называть «парадокс слабого молодого Солнца» в разрешении этой проблемы предполагается, что в ранней истории Земли были повышенное содержание в атмосфере парниковых газов вулканического происхождения. говорят о другой орбите Земли и т.п.
важно отметить, что это довольно большой период времени - миллиарды лет, (почему это важно будет видно ниже) чтобы изменения были достаточно заметными, но для долгосрочных прогнозов это фактор нужно учитывать.
наше Солнце по спектральной классификации жёлтый карлик. Солнце также имеет маленькую массу по звездным меркам, но при этом это 99% массы всей Солнечной системы. в таких звездах идут термоядерные реакции с маленьким энергетическим выходом. т.е. Солнце это довольно «тусклый» объект, но это «уголек», который может существовать достаточно долго чтобы на Земле возникла жизнь. за счет достаточно большой массы энергии Солнца достаточно, чтобы «отапливать» нашу планету.
возвращаясь к теме «термояда» можно сказать, что именно по этому такая реакция на Земле вряд ли осуществима - понадобится огромного размера реактор, для сколько нибудь значимого энерговыделения.
кроме того выделяют 11 летний цикл солнечной активности. влияние солнечной активности на Землю довольно велико: магнитные бури, полярные сияния, изменение качества радиосвязи. с изменением солнечной активности меняется численность насекомых и многих животных. солнечная активность - комплекс явлений и процессов, связанных с образованием и распадом в солнечной атмосфере сильных магнитных полей.
наиболее изученный вид солнечной активности - изменение числа солнечных пятен. теория объясняющая периодичность солнечной активности называется теорией солнечного динамо. суть который в том, что экваториальные и полярные области Солнца вращаются с разной скоростью. детали механизма солнечного динамо понятны ещё далеко не полностью и являются предметом современных исследований.
хотя сейчас считается что влияние солнечной активности на климат не так уж и велико. например малый ледниковый период не так уж сильно связан с минимумумом Маундера.
теперь вспомним еще об одной модной теме - о климате. понятно что Солнце влияет на климат на Земле, но я хочу рассмотреть немного другой вопрос. чем определяется смена сезонов на Земле? смена сезонов на Земле определяется наклоном оси вращения Земли. двигаясь по орбите, Земля подставляет Солнцу то один, то другой бок. движение же по орбите определяет длительность того или иного сезона.
ну а теперь самое интересное: попробуем все собрать в кучу - как казалось бы такие далекие от Земли процессы могут влиять на её климат. но такой вывод был сделан в 1941 и без моих подсказок. мне в общем-то тоже нечто похоже пришло в голову. здесь в ЖЖ кто-то начал высказывать мысли об изменении климата, а я с лету ответил: «ну изменение наклона земной оси и видимо состав атмосферы.»
через какое-то время мысль мне показалась забавной, потом вспомнил, что про Солнце рассказывал Сергей Попов - и я полез гуглить. нагуглил циклы Миланковича. циклы Миланковича описывают влияние изменений в движении Земли и ориентации её оси вращения на циклические изменения количества солнечной радиации, попадающей на Землю, и эти изменения определяют в том числе наступление ледниковых эпох.
основных факторов не так много.
первый это изменение орбиты Земли. точнее изменение эксцентриситета орбиты. долгопериодические колебания эксцентриситета орбиты Земли связанное с притяжением других планет солнечной системы. эксцентриситет показывает насколько форма орбиты отличается от круга. цикл таких колебаний довольно большой - около 90 000 лет.
вторым важным фактором циклов Миланковича является прецессия оси вращения Земли. Прецессия - это процесс при котором ось вращения Земли движется по конусу. тоже самое происходит с раскрученным волчком перед его падением. полный оборот земной оси длится около 25 000 лет.
еще Миланкович обратил внимание на нуации оси вращения Земли. это такие покачивания оси вращения. это очень медленный процесс - изменения повторяются каждые ~40 000 лет.
как видно циклы совершенно разной длины и по этому при их наложении получаются процессы с очень большим периодом.
казалось бы на что может повлиять изменение эксцентриситета, особенно если учесть что оно не значительное. но тем не менее влияет. например лето в северном полушарии сейчас на несколько дней длиннее зимы.
прецессия земной оси - это движение, также известное как предварение равноденствий тоже оказывает влияние на климат. например сейчас делает лето в Южном полушарии более жарким и смягчает сезонные колебания в Северном полушарии. но через какое-то время (~10 000 лет) ситуация изменится.
таким образом, если факторы снижают количество тепла, получаемого планетой от Солнца, Земля существенно охлаждается, что приводит к ледниковым периодам. а когда все факторы только увеличивают, получаемое Землёй тепло, наступает эпоха потепления.
определенные подтверждения теории Миланковича были получены, но учитывают ли циклы Миланковича все известные факторы, которые могут повлиять на климат? конечно нет. например они не учитывают солнечные циклы, увеличение мощности солнечного излучения, периодическое изменение наклона Земной орбиты, альбедо, состав атмосферы и т.д. и т.п. параметров довольно много и в долгосрочной перспективе они должны оказывать значительное влияние.
все это конечно здорово, но может добавим конкретики? что готовить шубы и шапки-ушанки или шорты и мини юбки? на в самом деле вопрос сложный. возможно, что очень холодно не будет. почему? ну довольно большое содержание парниковых газов в атмосфере, Солнце светит веселее чем миллиард лет назад. т.е. новый криогений, который начался 720 млн лет назад наступит вряд ли. но я не климатолог и ничего конкретного сказать не могу.
ну и как всегда вывод в моем стиле: нужна довольно сложная компьютерная модель, объединяющая все известные факторы. думаю на неё можно будет ориентироваться как и для предсказания будущих событий так и анализа событий в прошлом. кстати не факт что её нет, я не астрофизик и не климатолог, сама по себе мысль то довольно банальная и не весёлая. все закончится: и ледниковая эпоха и эпоха потепления, закончится жизнь на Земле, потухнет Солнце.
Click to view